只有半個大腦能正常生活嗎?

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大腦中究竟有多少是我們真正需要的組織?最近幾個月,新聞中報道的幾件案例講述了人們在大腦受損或部分喪失後的經歷。這些關於大腦的案例不僅讓人聞之震驚,而且揭示了一個更為深刻的事實——並不是我們不理解大腦的工作原理,而是我們完全誤解了大腦。

今年早些時候,一名失去了小腦(大腦後部的一個獨特結構)的女士的案例被公之於眾。有人估計,人類小腦包含人類一半的腦細胞。在這個案例中,這位女士不是簡單的腦損傷,而是整個小腦結構不復存在。

然而,她仍過著正常人的生活:從學校畢業,結婚,順利懷孕和分娩後有了一個孩子。作為一個24歲的人,她的生活軌跡完全正常。

但是,她並非完全未受影響 — 她一輩子受到到行動不穩、笨拙的困擾。不過,缺少大腦中這樣一個至關重要、即使最早的脊椎動物在進化時就不可或缺的一部分之後,她還能夠行走活動,這本身就是件令人驚訝的事。要知道,在恐龍尚未滅絕的時候,連鯊魚都有小腦。

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不過這一案例指出了關於腦科學的一個可悲事實。雖然我們不大聲宣告,但事實是,我們對大腦的基本理解存在很多空白。甚至對大腦一些最重要部位的功能,如小腦的功能,目前都尚無定論。此類罕見的案例曝露了我們在這方面的無知。

不時有人去醫院作大腦掃描,結果揭示出不同人大腦之間驚人的差異。但是,對於能夠觀察到的人的行為,這些巨大差異的影響卻微乎其微。

問題可能部分出在我們的思維方式。我們很自然地把大腦看作一件經過自然選擇後的技術產品。在人類的技術產品中,結構和功能之間常常存在一對一的映射關係。如果我有一個烤麵包機,加熱由加熱元件完成,時間由定時器控制,彈出功能由彈簧驅動。

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這個小腦缺失的案例反映出大腦的機制並不這麼簡單。雖然我們喜歡談論大腦區域 — 哪些控制視力,哪些提示飢餓感,哪些產生愛的感覺 — 但實際上這種區域並不存在,因為大腦並不是一件技術產品,它的任何功能都不只由一個對應部分控制。

再舉一個最近的案例 — 一名男子的大腦裏發現了一條絛蟲。四年來,這條絛蟲「從大腦的一邊鑽到另一邊」,引發了各種各樣的問題,如癲癇、記憶障礙和時常聞到怪異氣味等。生物穿過大腦這件事聽起來似乎並沒有給他帶來嚴重後果 — 如果大腦像人類設計的大多數技術產品那樣運作,那這種情況就不可能發生。如果一條蠕蟲從手機一邊鑽到另一邊,手機肯定就報廢了。

事實上,在早期的機電式計算機時代 — 20世紀40年代,一台計算機發生故障,經過多方調查,發現元兇是一隻被困在一個繼電器內的飛蛾上 — 這是史上第一起計算機「蠕蟲」故障的真實案例。

對於大腦擁有的顯而易見的韌性,解釋之一是它具有「可塑性」 — 根據經驗來調整結構的能力。但另一條線索來自諾貝爾獎得主、神經學家傑拉德·埃德爾曼(Gerald Edelman)提出的一個概念。他注意到,生物功能常常由多個結構支持 — 單一的物理特性有多個基因編碼,因此,任何單一基因的丟失都不會造成該特性的明顯異常。他將這種通過多個不同結構來支持一個單一功能的能力稱為簡並性(degeneracy)。

大腦同樣如此。大腦的重要功能並非指派給某一個腦區,而是由多個區域支撐 — 以一種大致相同略有差異的方式共同支持。如果其中一個區域發生故障,其他部分可以臨危受命。

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這有助於解釋為什麼認知神經科學家在試圖劃分不同腦區的功能時困難重重。如果你使用 「一個區域對應一個功能」或「一個功能對應一個區域」的簡單思維法則來理解大腦,你將永遠無法從結果和功能間糾纏不清的聯繫中解脫,為解開簡並謎團設計出必要的實驗。

小腦最為人熟知的功能是控制精確運動;但是大腦的其他區域,如基底節和皮層運動區也與肢體運動密切相關。認為不同腦區各司其職可能是一個偽命題,因為每個區域都可以做同樣的事情。另一個證明重要生物功能大腦多個系統支持的例子是記憶。

如果你偶遇以前曾邂逅的人,你可能會記得他們為人友善,或者記得他們表現出友善的具體事件,或者只是模糊地回憶起對他們的正面印象 — 所有形式的記憶都告訴你,這個人值得信任,而這些記憶都由很多不同的大腦區域支持 — 它們服務於同一個目的,但方式稍有不同。

愛德曼和他的同事約瑟夫·蓋裏(Joseph Gally)稱,簡並性是一個「無處不在的生物學特性……是複雜性的一個特點」,並聲稱這是自然選擇的必然結果。這解釋了為什麼大腦狀況的異常不會造成想像中的災難性後果,也解釋了為什麼在科學家看來,要嘗試去理解大腦是如此令人困惑。

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(責編:郱書)

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